混合動力電動汽車電池管理系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)

1、機(jī)床與液壓20051No14185混合動力電動汽車電池管理系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)尹豐,黃向東,童偉,汪勝勇(華南理工大學(xué)交通學(xué)院,廣東廣州510640)摘要:分析了混合動力電動汽車采用電池管理系統(tǒng)的必要性,介紹了電池管理系統(tǒng)的軟、硬件的實(shí)現(xiàn),并從硬件和軟件兩方面探討了提高系統(tǒng)運(yùn)行可靠性的對策。關(guān)鍵詞:混合動力電動汽車;電池管理系統(tǒng)中圖分類號:U463163+3文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1001-3881(2005)4-185-2TheDesignoftheReliabilityoftheBatteryManagementSystemoftheHybridElectronicVehicleYINFeng

2、,HUANGXiang2dong,TONGWei,WANGSheng2yong(CollegeofCommunicationandTraffic,SouthChinaUniversityofTechnology,Guangzhou510640,China)Abstract:Theindispensabilityofbatterymanagementsystemofhybridelectronicvehicle,andtheinhardwarewereanalyzed.Andthemethodsofimprovingthereliabilityofthesysteminwaresoftwaree

3、.Keywords:Hybridelectronicvehicle;Batterymanagementsystem0前言()力源泉之一,理想。爭,關(guān)鍵是開發(fā)出比能量高、比功率大、使用壽命長和成本低廉的動力蓄電池。就現(xiàn)有動力蓄電池而言,如何實(shí)現(xiàn)無損電池的充電策略、實(shí)時監(jiān)控電池的放電狀態(tài)、避免過充過放以確保電池組的性能和壽命?如何對電池進(jìn)行實(shí)時或定期的自動診斷和維護(hù),最大限度地保證電池的可靠運(yùn)行?如何提高HEV整車的燃油經(jīng)濟(jì)性?這些問題都需要通過開發(fā)有效合理的電池管理或監(jiān)控系統(tǒng)3(BMS)來加以解決。1硬件設(shè)計(jì)由于HEV要求的車載電壓一般比較高,導(dǎo)致電池的個數(shù)較多。本文所設(shè)計(jì)的電池管理系統(tǒng)的直流總

4、線最高電壓可達(dá)380V左右,涉及29個車載動力電池。由于電池個數(shù)和需要采樣處理的信號較多,為避免造成線路過于復(fù)雜等問題,可根據(jù)實(shí)際布置情況將電池分為若干組進(jìn)行管理。電池管理系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),且管理過該模塊得到或執(zhí)行,主要包括充電器使能信號E、充電電流測量信號Im、電池端電壓測量信號V、電池溫度T、充電電流調(diào)節(jié)信號Ia等。CPU芯片選用了Philips公司的P87C591,它是一個基于CAN總線的高性能微控制器,可用于汽車和一般工業(yè),除了具有增強(qiáng)特性之外,還擴(kuò)展了許多專用的硬件功能。P87C591完全能履行CAN210B協(xié)議規(guī)范,并提供了一個直接從SJA1000獨(dú)立CAN控制器的軟件移植路徑。P8

5、7C591具有CAN的擴(kuò)充特性,其中包括增強(qiáng)型驗(yàn)收濾波器,支持系統(tǒng)維護(hù)、診斷,1系統(tǒng)優(yōu)化以及接收FIFO等特性。作為HEV動力總成及其監(jiān)控系統(tǒng)的一個子系統(tǒng),電池管理系統(tǒng)是通過CAN網(wǎng)絡(luò)與上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)以及其它子系統(tǒng)進(jìn)行信息交換并獲取指令的。由于HEV上有一批大功率電氣設(shè)備運(yùn)行,對電池管理及HEV動力總成監(jiān)控系統(tǒng)均形成了很強(qiáng)的電磁干擾,加強(qiáng)電池管理系統(tǒng)抗干擾能力是提高該系統(tǒng)運(yùn)行可靠性的關(guān)鍵。2硬件抗干擾對策硬件抗干擾的措施主要從系統(tǒng)電源和接地系統(tǒng)、2輸入輸出通道等方面來考慮。211電源和接地系統(tǒng)為了抑制電源的干擾,除了使系統(tǒng)電源盡量與大容量用電設(shè)備分別供電以外,通常還需采用濾波、屏蔽、隔離、穩(wěn)壓

6、等措施。其中共地干擾是很重要的干擾,因此,不同的供電電源安全接地就顯得非常重要。合理的電源接地,不僅可以保證設(shè)備的正常工作,而且還可以極好地抑制干擾對系統(tǒng)的影響。如圖2所示,為了避免開關(guān)電源干擾,對其電源采取了隔圖1電池管理系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 186離供電的方式,能有效地抑制電路中的傳導(dǎo)干擾和輻射干擾,提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。圖中JDQ為繼電器,根據(jù)需要可以提供有源和無源開關(guān)量,TX為跳線。J9和J10是外部515V開關(guān)量

7、輸入端。由于眾多的外部有源和無源信號會對系統(tǒng)電源產(chǎn)生嚴(yán)重干機(jī)床與液壓20051No14擾,因此在電池管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中采用了DC/CD變換模塊,提供穩(wěn)定的隔離電源,對不同子系統(tǒng)分別供電。采取上述措施后,可以有效地消除電源干擾和共地產(chǎn)生的干擾。圖2對電源隔離供電的電路圖212基于CANHEV監(jiān)控系統(tǒng),要求每個智能節(jié)點(diǎn)的控制子系統(tǒng)對外的輸入輸出通道除了采用屏蔽電纜線外,都經(jīng)過光電耦合隔離處理。這里,電池管理系統(tǒng)對于模擬量的輸入輸出采用了線性光電耦合隔離,對于開關(guān)量則采用了開關(guān)光電耦合隔離。其中圖3所示的電路為線性光電耦合電路,圖中隔離芯片采用了線性光耦TLP559。由于TLP559輸入端的發(fā)光管存在

8、1V多的門檻電壓,因此在發(fā)光管的輸出端3接一個與負(fù)電源相連的電位器R2,調(diào)節(jié)電位器R2可以彌補(bǔ)發(fā)光管的門檻電壓。TLP559的輸出部分外接一個運(yùn)放芯片,可以根據(jù)實(shí)際的需要來調(diào)節(jié)電位器R3。圖3線性光電耦合電路圖還有其它的抗干擾硬件處理措施。為了防止電磁波和靜電感應(yīng)的干擾,微機(jī)裝置應(yīng)加金屬外殼屏蔽;繼電器和接觸器的線圈、觸頭和其它通斷電流較大的按鈕、開關(guān),在操作時會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢或者較大火花而引起干擾,對此可利用阻容電路予以吸收;等等。3軟件抗干擾對策干擾對微機(jī)控制系統(tǒng)的后果有:增加數(shù)據(jù)采集的誤差,輸出控制失誤,RAM中的數(shù)據(jù)被破壞,以及程序“飛走”或者陷入死循環(huán)。盡管在硬件方面采取了種種抗干擾

9、措施,但是干擾是不可能完全消除的,必須同時從軟件方面采取適當(dāng)?shù)拇胧?才能取得良好的抗干擾效果。軟件方面的抗干擾措施有以下幾個方面:311消除數(shù)據(jù)采集的干擾誤差一般采取數(shù)字濾波的方法來消除干擾對數(shù)據(jù)采集帶來的誤差,可在算術(shù)平均值法、比較舍取法、中值法、一階遞推數(shù)字濾波法等常用方法中選用。312確保正?？刂茽顟B(tài)為了解決因受干擾而使控制狀態(tài)失常的問題,可采取以下系列軟件措施:(1)對于開關(guān)量的輸入,為了確保信息無誤,在軟件中可采取重復(fù)讀入的方法(至少兩次)。認(rèn)為無誤后再輸入。開關(guān)量輸出時,應(yīng)將輸出量回讀(要有硬件配合),以便確認(rèn)輸出無誤。(2)采用軟件冗余方法。在條件控制系統(tǒng)中,對于控制條件的一次采

10、樣、處理、控制輸出改為循環(huán)的采樣、處理、控制輸出。這種方法對于慣性較大的控制系統(tǒng)具有良好的抗偶然因素干擾的作用。(3)設(shè)置當(dāng)前輸出狀態(tài)寄存器單元。當(dāng)干擾侵入輸出通道破壞輸出狀態(tài)時,系統(tǒng)能及時查詢該寄存器的輸出狀態(tài)信息,以便及時糾正輸出狀態(tài)。313程序運(yùn)行失常后的恢復(fù)系統(tǒng)受到干擾導(dǎo)致微機(jī)執(zhí)行錯誤的指令碼或者程序“飛走”,都會造成程序的盲目運(yùn)行,最后由于偶然巧合而進(jìn)入死循環(huán)。程序的盲目運(yùn)行還可能導(dǎo)致寄(下轉(zhuǎn)第197頁)© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 機(jī)

11、床與液壓20051No14197一種鉆中心孔不停車夾具的設(shè)計(jì)及應(yīng)用衣克洪,李堯忠(南昌航空工業(yè)學(xué)院,南昌330034)摘要:介紹了一種鉆中心孔不停車夾具的結(jié)構(gòu)、安裝及使用方法。關(guān)鍵詞:鉆中心孔;不停車;夾具中圖分類號:TG75文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B文章編號:1001-3881(2005)4-197-1在大批量生產(chǎn)中,鉆中心孔雖然工序簡單,但批量大且為重復(fù)勞動,仍需要大量的安裝工件時間,從而增加單件制造成本。根據(jù)加工零件的不同特征,設(shè)計(jì)制造結(jié)構(gòu)簡單、操作方便的鉆中心孔夾具仍是提高生產(chǎn)效率的一種有效途徑。本文介紹一種在普通車床上使用的結(jié)構(gòu)簡單、操作方便的鉆中心孔不停車夾具。1夾具的結(jié)構(gòu)及安裝方法盤,避免懸

12、伸過長,然后用刀架緊固螺釘固定外套筒連接桿8,并使夾具體內(nèi)套筒5滑移靈活。根據(jù)工件長度調(diào)整車床尾座距離,使內(nèi)頂尖9通過搖動車床尾座手輪即可自動裝卸工件。加工時,車床主軸作不停車旋轉(zhuǎn)運(yùn)動,將工件不加工一端放入內(nèi)頂尖9的錐孔內(nèi),搖動車床尾座手輪,時,即可鉆出中心孔。,9即可卸下5和彈簧3裝入外套筒7組成為一體,其內(nèi)外套筒的配合間隙應(yīng)小于0103mm。復(fù)合中心鉆安裝在三爪自定心卡盤上應(yīng)進(jìn)行校正,其跳動量應(yīng)小于0102mm。3結(jié)論本文所介紹的鉆中心孔不停車夾具結(jié)構(gòu)簡單、操作方便,能加工一定長度和直徑范圍的工件。在大批量生產(chǎn)中能夠快速裝夾工件,節(jié)省工時、提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本。圖1鉆中心孔不停車夾具

13、結(jié)構(gòu)圖該夾具由三爪自定心卡盤1、復(fù)合中心鉆2、彈簧3、內(nèi)套筒5、外套筒7、外套筒連接桿8及內(nèi)頂尖9等零件組成,如圖1所示。使用時,將復(fù)合中心鉆2(根據(jù)不同零件設(shè)計(jì)制造)安裝在普通車床三爪自定心卡盤上,夾具體通過外套筒連接桿8安裝在車床刀架上,內(nèi)頂尖9安裝在車床的尾架套筒內(nèi)。2使用方法夾具使用時,將復(fù)合中心鉆2安裝在三爪自定心卡盤內(nèi),外套筒連接桿8固定在刀架上,調(diào)整車床刀架位置,使外套筒連接桿8盡量靠近三爪自定心卡(上接第186頁)存器或者數(shù)據(jù)存儲器中數(shù)據(jù)的破壞。對于程序運(yùn)行失常后的恢復(fù)方法有:(1)設(shè)置軟件陷阱:這種方法是在非程序區(qū)設(shè)置攔截措施。當(dāng)失控或者程序“飛走”而進(jìn)入非程序區(qū)時,程序進(jìn)入

14、陷阱,從而迫使程序返回初始狀態(tài)。(2)設(shè)置時間監(jiān)視器:設(shè)置軟件陷阱能解決一部分程序失控問題,但當(dāng)程序失控后進(jìn)入某種死循環(huán)時,軟件陷阱可能不起作用。這時有效的方法是設(shè)置時間監(jiān)視器,也就是常說的看門狗(WatchDog)。一旦程序受到干擾,飛走而陷入死循環(huán),時間監(jiān)視器可以使程序恢復(fù)到初始狀態(tài),重新啟動。4結(jié)論電池管理系統(tǒng)是一個基于微處理器的實(shí)時監(jiān)控系參考文獻(xiàn)【1】王先逵1機(jī)械制造工藝學(xué)1北京:機(jī)械工業(yè)出版社,19981【2】戴陸武1機(jī)床夾具設(shè)計(jì)1西安:西北工業(yè)大學(xué)出版社,19901收稿時間:2004-02-16統(tǒng),它可以有效地監(jiān)控電池狀態(tài),控制電池的充電電流和放電電流。從而最大限度地延長電池的使用壽命,并且可以對電池進(jìn)行實(shí)時或定期的自動診斷和維護(hù),最大限度地保證電池的可靠運(yùn)行,提高整車的燃油經(jīng)濟(jì)性。參考文獻(xiàn)【1】鄔寬明1CAN總線原理和應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)M1北京航空航天大學(xué)出版社,19961【2】劉光斌,劉冬,姚志成1單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)用抗干擾技術(shù)M1北京:人民郵電出版社